KR20150000417A - 기판 유지 장치 및 기판 세정 장치 - Google Patents

Abstract

반송 로봇의 핸드와의 접촉을 회피하면서, 웨이퍼 등의 기판의 휨량을 저감시킬 수 있는 기판 유지 장치를 제공한다.
기판 유지 장치는, 기판(W)의 주연부를 유지하는 척(1)과, 기판(W)의 하방에 배치된 지지 부재(5)와, 척(1)을 기판(W)의 주연부에 접촉할 때까지 이동시킴과 함께 지지 부재(5)를 상승시켜 기판(W)의 하면에 접촉시키고, 또한 척(1)을 기판(W)의 주연부로부터 멀어지는 방향으로 이동시킴과 함께 지지 부재(5)을 하강시켜 기판(W)의 하면으로부터 이간시키는 구동 장치(7)를 구비한다.

Description

기판 유지 장치 및 기판 세정 장치{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS AND SUBSTRATE CLEANING APPARATUS}

본 발명은, 웨이퍼 등의 기판을 유지하는 기판 유지 장치에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 당해 기판 유지 장치를 구비한 기판 세정 장치에 관한 것이다.

웨이퍼 등의 기판을 처리하는 기판 세정 장치에는, 기판을 유지하여 회전시키는 기판 유지 장치가 구비되어 있다. 이 기판 유지 장치는, 복수의 척(chuck)으로 기판의 주연부를 유지하도록 구성된다. 웨이퍼는, 이들 척에 의해 유지되고, 또한 회전되게 한 상태에서, 웨이퍼의 표면에 롤 스펀지 또는 펜 스펀지 등의 세정구(具)가 세정액의 존재 하에서 접촉함으로써, 웨이퍼의 표면이 세정된다.

가까운 장래, 직경 300㎜의 웨이퍼는, 직경 450㎜의 웨이퍼로 치환된다고 예상되고 있다. 그러나, 웨이퍼 사이즈의 증대에 수반하여 다음과 같은 문제가 생기고 있다. 등(等)간격으로 배치된 4개의 척으로 직경 450㎜의 웨이퍼를 유지하면, 인접하는 2개의 척의 사이에서의 웨이퍼가 휘고, 그 휨량은 약 0.5㎜이다. 이 휨량은 직경 300㎜의 웨이퍼의 경우의 휨량의 약 5배이다. 이와 같이 크게 휜 웨이퍼를 회전시키면서 그 표면에 상술한 세정구를 압박하면, 세정구가 웨이퍼에 균일하게 접촉하지 않아, 균일한 표면 세정을 행할 수 없다. 또한, 세정구와의 접촉에 의해 웨이퍼가 더욱 휘어, 웨이퍼 균열을 일으키는 경우도 있을 수 있다.

척의 수를 증가시키면, 웨이퍼의 휨량을 감소시키는 것은 가능하다. 그러나, 척의 수를 증가시키면, 웨이퍼를 반송할 때에 반송 로봇의 핸드가 척에 접촉되어 버린다는 새로운 문제가 생긴다. 또한, 직경 450㎜의 웨이퍼의 중량을 지지하는 핸드의 강도를 확보할 필요가 있기 때문에, 핸드의 사이즈를 작게 하거나, 척을 회피하기 위한 컷아웃(cutout)을 핸드에 설치하는 것은 곤란하다.

일본 공개특허 특개평10-335287호 공보

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 반송 로봇의 핸드와의 접촉을 회피하면서, 웨이퍼 등의 기판의 휨량을 저감시킬 수 있는 기판 유지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 그와 같은 기판 유지 장치를 구비한 기판 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양은, 기판의 주연부를 유지하는 복수의 척과, 상기 기판의 하방에 배치된 적어도 1개의 지지 부재와, 상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부에 접촉할 때까지 이동시킴과 함께 상기 지지 부재를 상승시켜 상기 기판의 하면에 접촉시키고, 또한 상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부로부터 멀어지는 방향으로 이동시킴과 함께 상기 지지 부재를 하강시켜 상기 기판의 하면으로부터 이간시키는 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치이다.

본 발명의 바람직한 태양은, 상기 적어도 1개의 지지 부재는, 상기 기판의 중심 주위에 배치된 복수의 지지 부재인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 태양은, 상기 복수의 척과 상기 복수의 지지 부재는, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 번갈아 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 태양은, 상기 구동 장치는, 상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부에 접촉할 때까지 이동시키는 제 1 스프링과, 상기 지지 부재를 상승시켜 상기 기판의 하면에 접촉시키는 제 2 스프링과, 상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부로부터 멀어지는 방향으로 이동시킴과 함께 상기 지지 부재를 하강시켜 상기 기판의 하면으로부터 이간시키는 액추에이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 태양은, 상기 복수의 척 및 상기 지지 부재를 상기 기판의 축심 주위로 회전시키는 회전 장치를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 태양은, 상기 기판 유지 장치와, 상기 기판 유지 장치에 유지된 기판의 표면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐과, 상기 세정액의 존재 하에서 상기 기판의 표면을 문질러 씻는 세정구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치이다.

본 발명에 의하면, 척의 기판 유지 동작에 연동하여 지지 부재가 상하동(上下動)한다. 구체적으로는, 척이 기판을 유지할 때는 지지 부재가 기판의 하면을 지지하고, 척이 기판을 해방할 때는 지지 부재가 기판의 하면으로부터 떨어진다. 따라서, 기판의 처리 시에 있어서의 기판의 휨량을 지지 부재에 의해 저감시킬 수 있고, 또한 기판의 반송 시에는 지지 부재가 하강하여 반송 로봇의 핸드의 기판 하의 공간에의 진입을 허용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기판 유지 장치의 일 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 A-A선 단면도이다.
도 3은 척이 웨이퍼를 해방하고 있을 때의 도면이다.
도 4는 기판 유지 장치를 구비한 기판 세정 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 웨이퍼 상을 그 개략 반경 방향으로 이동하는 세정구를 나타내는 평면도이다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 기판 유지 장치의 일 실시형태를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타내는 A-A선 단면도이다. 기판 유지 장치는, 기판의 일종인 웨이퍼(W)의 주연부를 유지하는 복수의 척(1)과, 척(1)에 유지된 웨이퍼(W)의 하면을 지지하는 복수의 지지 핀(지지 부재)(5)과, 이들 척(1) 및 지지 핀(5)을 구동하는 구동 장치(7)를 구비하고 있다. 지지 핀(5)은, 척(1)에 유지된 웨이퍼(W)의 하방에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 4개의 척(1) 및 4개의 지지 핀(5)이 설치되어 있다. 웨이퍼(W)의 하면을 지지하는 지지 부재로서, 복수의 지지 핀(5) 대신에, 웨이퍼(W)와 동심(同心) 형상의 1개의 링 부재이더라도 된다.

척(1) 및 지지 핀(5)은, 웨이퍼(W)의 축심 주위에 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 척(1) 및 지지 핀(5)은, 척(1)에 유지된 웨이퍼(W)의 둘레 방향을 따라 번갈아 배치되어 있다. 4개의 척(1)은 4개의 연직축(2)에 각각 연결되어 있다. 연직축(2) 및 지지 핀(5)은, 회전대(10)에 자유롭게 상하동할 수 있도록 지지되어 있다.

회전대(10)는, 도시하지 않은 베어링에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된 회전축(11)에 고정되어 있고, 회전축(11)과 함께 회전 가능하게 되어 있다. 회전축(11)에는, 회전 장치(14)가 연결되어 있다. 이 회전 장치(14)는, 회전축(11)에 고정된 풀리(pulley)(p1)와, 모터(15)와, 모터(15)의 구동축에 고정된 풀리(p2)와, 풀리(p1, p2)에 걸어 놓은 벨트(16)를 구비하고 있다. 모터(15)의 구동력은, 풀리(p1, p2) 및 벨트(16)를 개재하여 회전축(11) 및 회전대(10)에 전달되고, 이에 따라 회전대(10)에 지지된 척(1) 및 지지 핀(5)이 웨이퍼(W)의 축심 주위로 회전한다.

척(1)은 연직축(2)에 조인트(20)에 의해 연결되어 있고, 척(1)은 조인트(20)를 중심으로 하여 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 척(1)은, 지지축(21)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 연직축(2)의 상하동에 의해 척(1)이 지지축(21)을 중심으로 회전한다. 지지축(21)은, 회전대(10)에 고정된 지주(支柱)(22)에 유지되어 있다. 지주(22)의 상면은 평탄한 기판 지지면(25)을 구성하고 있고, 웨이퍼(W)는 이 기판 지지면(25) 상에 두어진다.

각 연직축(2)과 회전대(10)는 제 1 스프링(28)에 의해 연결되어 있다. 제 1 스프링(28)의 상단(上端)은 회전대(10)에 접촉하고, 제 1 스프링(28)의 하단(下端)은 연직축(2)에 접촉하고 있다. 따라서, 연직축(2)은 제 1 스프링(28)에 의해 하방으로 가압되어 있다. 연직축(2)의 하방에는, 제 1 밀어 올림 부재(29)가 배치되어 있고, 이 제 1 밀어 올림 부재(29)는 승강대(30)를 개재하여 에어 실린더(액추에이터)(31)에 연결되어 있다.

에어 실린더(31)에 작동 유체로서의 공기가 주입되면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 에어 실린더(31)는 승강대(30) 및 제 1 밀어 올림 부재(29)를 밀어 올리고, 제 1 밀어 올림 부재(29)가 연직축(2)에 접촉하며, 또한 제 1 스프링(28)에 저항하여 연직축(2)을 상방으로 이동시킨다. 공기의 에어 실린더(31)에의 주입을 정지하면, 제 1 스프링(28)에 의해 연직축(2)이 눌러 내려진다. 이와 같이, 연직축(2)은, 에어 실린더(31)에 의해 상방으로 이동되고, 제 1 스프링(28)에 의해 하방으로 이동된다. 에어 실린더(31) 대신에, 볼 나사 기구 및 서보 모터와의 조합을 액추에이터로서 사용해도 된다.

도시하지 않았지만, 승강대(30)에는, 4개의 연직축(2)에 대응하는 4개의 제 1 밀어 올림 부재(29)가 고정되어 있고, 공통의 에어 실린더(31)에 의해 4개의 연직축(2)은 동기하여 상방으로 이동된다. 연직축(2)이 상승하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 척(1)은 기판 지지면(25) 상의 웨이퍼(W)의 주연부로부터 멀어지는 방향으로 회전한다. 에어 실린더(31)의 피스톤을 내리면, 4개의 제 1 스프링(28)에 의해 4개의 연직축(2)이 동기하여 하강한다. 연직축(2)이 하강하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 척(1)은 기판 지지면(25) 상의 웨이퍼(W)의 주연부에 근접하는 방향으로 회전하고, 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉함으로써 웨이퍼(W)를 유지한다. 이와 같이, 웨이퍼(W)를 유지하는 힘은, 제 1 스프링(28)에 의해 발생되고, 웨이퍼(W)를 해방하는 힘은 에어 실린더(31)에 의해 발생된다.

지지 핀(5)은, 링크 기구(51)를 개재하여 상하동 핀(상하동 부재)(50)에 연결되어 있다. 지지 핀(5) 및 상하동 핀(50)은, 연직 방향으로 연장되어 있다. 상하동 핀(50)은 회전대(10)에 상하동 가능하게 지지되어 있고, 상하동 핀(50)과 회전대(10)의 사이에는 제 2 스프링(54)이 배치되어 있다. 제 2 스프링(54)의 상단은 회전대(10)에 접촉하고, 제 2 스프링(54)의 하단은 상하동 핀(50)에 접촉하고 있다. 따라서, 상하동 핀(50)은 제 2 스프링(54)에 의해 하방으로 가압되어 있다. 상하동 핀(50)의 하방에는, 제 2 밀어 올림 부재(55)가 배치되어 있다. 이 제 2 밀어 올림 부재(55)는, 승강대(30)를 개재하여 상술한 에어 실린더(31)에 연결되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 상하동 핀(50)은, 에어 실린더(31)에 의해 상방으로 이동되고, 제 2 스프링(54)에 의해 하방으로 이동된다.

링크 기구(51)는, 지지 핀(5)과 상하동 핀(50)의 사이를 연장하는 링크(61)와, 링크(61)의 일단(一端)과 지지 핀(5)을 서로 회전 가능하게 연결하는 조인트(62)와, 링크(61)의 타단(他端)과 상하동 핀(50)을 서로 회전 가능하게 연결하는 조인트(63)를 구비하고 있다. 링크(61)는 지지축(65)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 지지축(65)은 회전대(10)에 고정된 지주(67)에 유지되어 있다. 지지축(65)은 조인트(62)와 조인트(63)의 사이에 위치하고 있다. 따라서, 상하동 핀(50)이 상승하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 링크(61)가 지지축(65)의 주위로 회전하여 지지 핀(5)을 내린다. 상하동 핀(50)이 하강하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 링크(61)가 지지축(65)의 주위로 반대 방향으로 회전하여 지지 핀(5)을 상승시킨다. 이와 같이, 지지 핀(5)은, 에어 실린더(31)에 의해 하방으로 이동되고, 제 2 스프링(54)에 의해 상방으로 이동된다. 지지 핀(5)이 상승 위치에 있을 때, 지지 핀(5)의 상단은 기판 지지면(25)과 동일한 높이에 위치한다.

도시하지 않았지만, 승강대(30)에는, 4개의 상하동 핀(50)에 대응하는 4개의 제 2 밀어 올림 부재(55)가 고정되어 있고, 공통의 에어 실린더(31)에 의해 4개의 상하동 핀(50)은 동기하여 상방으로 이동된다. 상하동 핀(50)이 상승하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(5)이 하강하여 웨이퍼(W)로부터 이간한다. 지지 핀(5)이 하강 위치에 있을 때, 반송 로봇의 핸드(100)는, 지지 핀(5)에 접촉하지 않고, 웨이퍼(W)의 하방에 형성된 공간에 진입할 수 있다. 따라서, 도 3에 나타내는 바와 같이 지지 핀(5)이 하강하고 있을 때에, 반송 로봇의 핸드(100)에 의한 웨이퍼(W)의 도입 및 취출이 행하여진다.

웨이퍼(W)를 기판 유지 장치에 도입할 때, 도 3에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(5)이 하강한 상태에서, 웨이퍼(W)는 반송 로봇의 핸드(100)에 의해 기판 지지면(25) 상에 두어진다. 이 상태에서, 에어 실린더(31)의 피스톤을 내리면, 4개의 제 2 스프링(54)에 의해 4개의 상하동 핀(50)이 동기하여 하강한다. 상하동 핀(50)이 하강하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(5)이 상승하여 웨이퍼(W)의 하면에 접촉함으로써 웨이퍼(W)를 지지한다.

웨이퍼(W)의 세정 등의 처리 시에는, 척(1) 및 지지 핀(5)에 의해 웨이퍼(W)가 지지된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 휨량이 저감되고, 균일한 웨이퍼(W)의 표면 처리가 실현되며, 또한 웨이퍼(W)의 균열이 방지된다.

상술한 바와 같이, 에어 실린더(31)는, 공통의 승강대(30)를 상승시킴으로써, 척(1)을 웨이퍼(W)로부터 이간시킴과 함께 지지 핀(5)을 하강시킨다. 한편, 에어 실린더(31)가 승강대(30)를 하강시킬 때, 제 1 스프링(28)은, 척(1)을 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉하는 방향으로 이동시키고, 제 2 스프링(54)은 지지 핀(5)을 웨이퍼(W)의 하면에 접촉할 때까지 상승시킨다. 따라서, 본 실시형태에서는, 척(1) 및 지지 핀(5)을 구동하는 구동 장치(7)는, 에어 실린더(31), 제 1 스프링(28), 및 제 2 스프링(54)을 적어도 포함하여 구성된다.

도 4는, 상술한 기판 유지 장치를, 웨이퍼 등의 기판을 세정하기 위한 기판 세정 장치에 적용한 예를 나타내는 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 기판 세정 장치는, 웨이퍼(W)를 수평으로 유지하여 회전시키는 상술한 기판 유지 장치와, 기판 유지 장치에 유지된 웨이퍼(W)의 표면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐(70)과, 웨이퍼(W)의 표면을 문질러 씻는 세정구(71)를 구비하고 있다. 세정액으로서는, 약액 및/또는 순수가 사용된다. 세정구(71)는, 아암(72)의 선단(先端)에 유지되어 있고, 아암(72)에 내장된 모터(도시 생략)에 의해 회전되도록 되어 있다. 도 4에 나타내는 세정구(71)는, 소위 펜 스펀지형의 세정구이다.

웨이퍼(W)의 세정은, 다음과 같이 하여 행하여진다. 기판 유지 장치에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키고, 웨이퍼(W)의 표면에 세정액을 공급한다. 세정구(71)를 웨이퍼(W)의 표면에 접촉한 상태에서 세정구(71)를 회전시키고, 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 아암(72)에 의해 세정구(71)를 웨이퍼(W)의 개략 반경 방향으로 이동시킨다. 웨이퍼(W)의 표면은, 세정액의 존재 하에서 세정구(71)에 의해 문질러 씻겨진다.

상술한 실시형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시형태의 여러 가지의 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이고, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시형태에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위라고 해야 한다.

1: 척 2: 연직축
5: 지지 핀(지지 부재) 7: 구동 장치
10: 회전대 11: 회전축
14: 회전 장치 15: 모터
16: 벨트 20: 조인트
21: 지지축 22: 지주
25: 기판 지지면 28: 제 1 스프링
29: 제 1 밀어 올림 부재 30: 승강대
31: 에어 실린더(액추에이터) 50: 상하동 핀
51: 링크 기구 54: 제 2 스프링
55: 제 2 밀어 올림 부재 61: 링크
62: 조인트 63: 조인트
65: 지지축 67: 지주
70: 세정액 공급 노즐 71: 세정구
72: 아암 100: 핸드
p1, p2: 풀리

Claims (6)

1. 기판의 주연부를 유지하는 복수의 척과,
   상기 기판의 하방에 배치된 적어도 1개의 지지 부재와,
   상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부에 접촉할 때까지 이동시킴과 함께 상기 지지 부재를 상승시켜 상기 기판의 하면에 접촉시키고, 또한 상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부로부터 멀어지는 방향으로 이동시킴과 함께 상기 지지 부재를 하강시켜 상기 기판의 하면으로부터 이간시키는 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 1개의 지지 부재는, 상기 기판의 중심 주위에 배치된 복수의 지지 부재인 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 척과 상기 복수의 지지 부재는, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 번갈아 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 장치는,
   상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부에 접촉할 때까지 이동시키는 제 1 스프링과,
   상기 지지 부재를 상승시켜 상기 기판의 하면에 접촉시키는 제 2 스프링과,
   상기 복수의 척을 상기 기판의 주연부로부터 멀어지는 방향으로 이동시킴과 함께 상기 지지 부재를 하강시켜 상기 기판의 하면으로부터 이간시키는 액추에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 척 및 상기 지지 부재를 상기 기판의 축심 주위로 회전시키는 회전 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
6. 제 1 항에 기재된 기판 유지 장치와,
   상기 기판 유지 장치에 유지된 기판의 표면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 노즐과,
   상기 세정액의 존재 하에서 상기 기판의 표면을 문질러 씻는 세정구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 세정 장치.

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